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申请/专利权人：上海交通大学

摘要：本发明涉及故障预测技术领域，公开了一种基于PIIF的瓷绝缘子裂缝的故障预测方法及系统，包括：在针式瓷绝缘子表面和裂缝周围布置多个光纤光栅传感器，采集并分析光纤光栅传感器的实时数据；基于分析后的实时数据，结合热传导模型和机械应力模型，计算电弧放电过程中的热应力分布，并预测裂缝的扩展路径和速度；预测裂缝针式瓷绝缘子是否发生永久性故障。实现了对瓷绝缘子裂缝的实时动态监测和热应力的精确计算，有效提升了对裂缝扩展路径和速度的预测精度。此外，通过对电弧放电后残余应力的持续监测，能够准确评估瓷绝缘子的长期结构稳定性，及时预警潜在的永久性故障，从而提高电力系统的可靠性和安全性，减少意外停电和维护成本。

主权项：1.一种基于PIIF的瓷绝缘子裂缝的故障预测方法，其特征在于，包括：PIIF为受雨水影响，裂缝瓷绝缘子会发生具有自清除特性的放电过程，称为瓷绝缘子早期故障；在针式瓷绝缘子表面和裂缝周围布置多个光纤光栅传感器，采集并分析光纤光栅传感器的实时数据；基于分析后的实时数据，结合热传导模型和机械应力模型，计算电弧放电过程中的热应力分布，并预测裂缝的扩展路径和速度；在电弧熄灭后，利用光纤光栅传感器监测的残余应力变化，预测裂缝针式瓷绝缘子是否发生永久性故障；所述实时数据包括光纤光栅传感器在不同位置采集到的温度和应力应变数据；所述计算电弧放电过程中的热应力分布包括，利用分析后的实时数据并且结合了热传导、机械应力应变关系，并通过空间积分考虑了瓷绝缘子的整体效应，针式瓷绝缘子热应力分布的公式表示为： ，其中，表示在位置和时间上的综合热应力分布，表示瓷绝缘子的体积积分域，表示位置处的导热系数，表示在位置和时间上的温度分布，表示梯度算子，表示位置和时间上的应变张量，表示四阶弹性模量张量，表示杨氏模量，表示材料的热膨胀系数，表示张量中的对角，表示体积，表示时间，表示空间位置矢量；和表示热应力的分量方向；和表示应变张量的分量方向；表示温度随空间的变化率，表示计算热通量的散度； 的值域为负无穷到正无穷，其中正值表示拉应力区域，通常在裂缝扩展的可能方向上出现；负值表示压应力区域，可能抑制裂缝扩展； 值的大小反映了热应力集中程度，极大值和极小值表明结构潜在的失效点；通过有限元软件，将计算得到的热应力数据映射到针式瓷绝缘子的三维几何模型的三维表面，生成热应力分布图，红色代表高应力区，蓝色代表低应力区；通过对实时应力应变数据进行频域分析，并结合所述热应力分布图，动态计算出裂缝扩展的路径；结合傅里叶变换分析和实时数据处理，计算裂缝扩展的速度，并通过应变变化量和临界频率判断裂缝是否正在扩展；实时监测残余应力、热应力分布以及裂缝扩展速率，利用故障判断模型来判断瓷绝缘子是否会发生永久性故障；当残余应力超过临界值或裂缝扩展速率达到临界速率时，预测到瓷绝缘子的结构即将失效，并发出故障预警。

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